Báo cáo lên men thực nghiệm và thiết bị

Báo cáo lên men thực nghiệm và thiết bịBáo cáo lên men thực nghiệm và thiết bịBáo cáo lên men thực nghiệm và thiết bịBáo cáo lên men thực nghiệm và thiết bịBáo cáo lên men thực nghiệm và thiết bịBáo cáo lên men thực nghiệm và thiết bịBáo cáo lên men thực nghiệm và thiết bịBáo cáo lên men thực nghiệm và thiết bịBáo cáo lên men thực nghiệm và thiết bịBáo cáo lên men thực nghiệm và thiết bị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘIVIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

2.5 Tủ đông khô………

16

2.6 Tủ cấy……….17

Các thiết bị của quá trình đã phần nào giúp cho kỹ thuật lên men phát triểnvới số lượng lớn, tạo ra các canh trường/môi trường giúp vi sinh vật phát triểnnhanh, nó đã tạo tiền đề cho sự phát triển mạnh mẽ hơn nữa về xã hội sau này.

I MỤC ĐÍCH, MỤC TIÊU

1 MỤC ĐÍCH

 Học hỏi và trải nghiệm khi tiếp xúc với quá trình lên men và các thiêt

bị trong xưởng

 Trao đổi thêm những kiến thức để học hỏi và rèn luyện

 Ý thức được với công việc sau này, nguyên lý làm việc của các thiết bịlên men

II CƠ SỞ KHOA HỌC

1 QUÁ TRÌNH LÊN MEN

1.1 Chủng vi sinh vật

1.1.1 Vi sinh vật Probiotic

- Probiotic hay lợi khuẩn gồm một nhóm các vi khuẩn rất khác nhau, cólợi cho sự tồn tại và phát triển của nhiều loài sinh vật khác, do phươngthức sống cộng sinh tự nhiên, thường được tìm thấy trong hệ tiêuhoá của nhiều loài động vật Chúng còn được gọi là "vi khuẩn thânthiện" hay "vi khuẩn có lợi" (vi khuẩn có lợi cho con người), những vikhuẩn này được bổ sung vào chế độ ăn nhằm cân bằng hệ vi khuẩnđường ruột để cải thiện sức khỏe Trong Probiotic có hai dạng:

+ có khả năng sinh bào tử  lấy ở pha suy vong

+ không có khả năng sinh bào tử  lấy sau pha phát triển, đầu cânbằng

- Theo nghĩa gốc, "biotic" hay "biosis" từ chữ "life" là đời sống, và

"pro" là thân thiện, nên probiotic có thể hiểu theo nghĩa cái gì thânthiện với đời sống con người

- Trong thực tế, không ít người tìm cách sử dụng men vi sinh vì lợi íchsức khỏe chung chung trong khi đây cũng là một cách thức trị liệu củabác sĩ dành cho các bệnh lý rối loạn tiêu hóa, tăng cường chức năngđường ruột Hơn nữa, ngay cả những người khỏe mạnh cũng có thểnhận được những lợi ích từ men vi sinh, giảm tần suất xảy ra nhữngkhó chịu trên đường tiêu hóa như đầy hơi, co thắt, tiêu chảy và táobón

- Các nhà khoa học luôn tìm tòi, khám phá thêm nhiều chế phẩm sinhhọc mới đóng vai trò làm men vi sinh để phù hợp với nhiều đối tượngkhác nhau Tuy nhiên, hai nhóm vi khuẩn phổ biến nhất thường được

sử dụng để sản xuất men vi sinh cho người là Lactobacillus và

Bifidobacterium Ngoài ra, nấm men, Saccharomyces boulardii và một

số chủng E coli cũng đang là các “ứng cử viên” tiềm năng được sử

dụng làm men vi sinh

1.1.2 Vi sinh vật lactobacillus fermentum

- Lactobacillus fermentum là một loài vi khuẩn gram dương trong chi Lactobacillus Nó được liên kết với các tổn thương sâu răng hoạt

động Nó cũng thường được tìm thấy trong lên men động vật và thựcvật Nó đã được tìm thấy trong bột chua Một số chủng được coi là vikhuẩn có lợi hoặc vi khuẩn "thân thiện" ở động vật [4] và ít nhất mộtchủng đã được áp dụng để điều trị nhiễm trùng niệu sinh dục ở phụ nữ

- thuộc chi Lactobacillus Các loài trong chi này được sử dụng cho rất

nhiều ứng dụng Những ứng dụng này bao gồm thực phẩm và thức ăn

lên men Nó đã được tìm thấy rằng một số chủng cho Lactobacillus

fermentum có sức đề kháng tự nhiên đối với một số loại kháng sinh và

hóa trị liệu Chúng được coi là các vec tơ tiềm năng của các gen khángkháng sinh từ môi trường đến người hoặc động vật sang người

- Lactobacillus fermentum đã được xác định là vi khuẩn có tiềm

năng Việc sử dụng các vi khuẩn đường ruột làm men vi sinh trongthực phẩm nhằm mục đích ngăn ngừa và điều trị các vấn đề sức khỏekhác nhau Trong số các vấn đề sức khỏe dị ứng, tăng trưởng tân sinh

và bệnh viêm ruột được bao gồm Các lĩnh vực nghiên cứu gần đây đãtập trung vào sự ảnh hưởng của men vi sinh lên chức năng trao đổichất của vật chủ Một lĩnh vực là sự chuyển hóa cholesterol do LABhoạt động như men vi sinh

- Một xem xét quan trọng để xác định sự an toàn của Lactobacillus

fermentum là các gen kháng chuyển Để L fermentum được coi là một

loại vi khuẩn có tiềm năng, nó không được chứa bất kỳ gen khángthuốc nào Nếu một gen kháng thuốc có thể chuyển nhượng được, nó

có thể làm giảm tác dụng của việc sử dụng kháng sinh

1.1.3 Vi khuẩn Acid Lactic

- Vi khuẩn Lactic này thuộc họ Lactobacillaceae Những vi khuẩn thuộcnhóm này có đặc điểm sinh thái khác nhau nhưng đặc điểm về sinh lítương đối giống nhau

- Một trong những vai trò chính của loại vi khuẩn này đó chính là quá trìnhlên men Quá trình lên men của vi khuẩn sản sinh ra acid lactic điều nàylàm giảm độ PH trong môi trường được vi khuẩn lên men

Độ PH thấp làm cho nhiều loại vi khuẩn có hại khác không có điều kiện

để phát triển Vì thế làm tăng thời gian thực phẩm bị phân hủy, giúp chocông nghệ thực phẩm được bảo quản lâu hơn Và đây cũng là ứng dụnglớn nhất của vi khuẩn trong đời sống của con người

- Lên men lactic chỉ xảy ra trong điều kiện yếm khí, gồm 2 loại là: lên menđồng hình và lên men dị hình.

- vi khuẩn lactic có những ứng dụng quan trọng trong các quá trình cơ bảnsau đây:

 Vi khuẩn lactic trong quá trình lên men sữa chua

 Vi khuẩn lactic trong quá trình lên men đồ chua: làm dưa chua,làm chua quả mà không làm mất màu tự nhiên của quả Thườngdùng trong sản xuất nước tương, đậu phụ và rất nhiều các sản phẩmkhác

 Vi khuẩn lactic và giá trị trong y học: sử dụng các chủng vikhuẩn trong phòng ngừa và điều trị bệnh cũng như phục hồi và duytrì sức khỏe, vi khuẩn Lactic còn được sử dụng trong điều trị làmđiều chỉnh miễn dịch, giảm cholesterol, ngăn ngừa ung thư …

1.1.4 Vi sinh vật có khả năng sinh bào tử

- Trong tự nhiên vi sinh vật có khả năng sinh bào tử có thể được hình thànhtrong môi trường hạn chế về chất dinh dưỡng

- Cơ chế hình thành của quá trình tạo bào tử thường bao gồm 7 giai đoạnnhư sau:

 Lúc đầu lớp nguyên sinh chất trong tế bào được sử dụng

 Tế bào chất và nhân tập trung tại một vị trí nhất định trong tế bào

 Tế bào chất tiếp tục cô đặc lại và tạo thành tiền bảo tử

 Tiền bào tử bắt đầu được bao bọc dần bởi các lớp màng Tiền bào

tử phát triển và trở thành bào tử

 Khi bào tử trưởng thành, tế bào sinh dưỡng tự phân giải và bào tửđược giải phóng khỏi tế bào mẹ

 Khi gặp điều kiện thuận lợi, bào tử sẽ hút nước và bị trương ra

 Sau đó, vỏ của chúng bị phá hủy và bào tử nảy mầm phát triểnthành tế bào mới

- Khi ở dạng bào tử, vi sinh vật có thể không hoạt động trong một thời giandài và giữ được khả năng chống chịu đáng kể đối với tác hại của môitrường bên ngoài như nhiệt độ, bức xạ, hóa chất độc hại và độ pH khắcnghiệt (như pH dạ dày: 1-3) Đặc điểm này của bào tử, vi sinh vật đã đượcứng dụng nhiều trong y học, sản suất men tiêu hóa (cho người) với thànhphần là bào tử vi sinh vật Khi người có hệ tiêu hóa kém có thể bổ sungbào tử vi sinh vật, bào tử có thể tồn tại được trong dạ dày sau đó xuốngruột và nảy mầm ngay tại đầu ruột non, do vậy chúng sẽ tồn tại trong hệđường ruột

- Bào tử có thể ở trạng thái không hoạt động và kháng thuốc trong nhiềunăm, nhưng khi tiếp xúc với các chất dinh dưỡng đầy đủ, bào tử có thểsống lại sau vài phút nảy mầm Sự nảy mầm thường được kích hoạt bởi sựhiện diện của các chất dinh dưỡng, bao gồm axit amin, đường và

nucleoside

1.2 Kỹ thuật lên men

1.2.1 Khái niệm về lên men

- Lên men là công nghệ lâu đời nhất trong tất cả các quá trình công nghệsinh học Theo tiếng Latin, động từ fevere, có nghĩa là sự sôi xuất hiệntrong nước chiết quả hoặc malt nghiền dưới tác động của nấm men trongquá trình sản xuất rượu

- Lên men là quá trình chuyển hóa hóa học nhờ các cơ thể sống hoặc sảnphẩm của chúng thường sinh khí (CO2) và nhiệt Các nhà vi sinh vật xem

sự lên men như là “bất kỳ quá trình sản xuất một sản phẩm bằng cáchnuôi cấy một lượng lớn vi sinh vật”, còn các nhà sinh hóa học xem sự lênmen như là một quá trình sinh năng lượng trong một hợp chất hữu cơ củatất cả chất nhường và nhận điện tử; vì thế lên men là quá trình kỵ khí mà

ở đó năng lượng được sản sinh không có sự tham gia của oxy hoặc chấtnhận điện tử vô cơ Đây là quá trình lên men kỵ khí nhờ các vi sinh vậtlên men hay còn gọi là lên men truyền thống

- Lên men là một phương pháp dùng để chuyển hóa nguyên liệu để thuđược sản phẩm phục vụ cho đời sống con người Ban đầu lên men chỉđược dùng trong sản xuất các loại thực phẩm như rượu, giấm, sữa chua,…Cùng với sự phát triển của khoa học và các ưu điểm vượt trội của mình,lên men còn được dùng để sản xuất nhiều loại sản phẩm và dịch vụ khácnhư kháng sinh, hóa chất, xử lý nước thải Kỹ thuật lên men cũng trở nênngày càng phong phú về nhiều mặt khác nhau: nguyên liệu, sản phẩm,trang thiết bị Quá trình lên men có oxy phân tử tham gia, để sinh tổnghợp các chất trao đổi sơ cấp và thứ cấp, sinh tổng hợp các loại enzymv.v… là lên men hiếu khí hay còn gọi là lên men sinh tổng hợp

1.2.2 Đặc điểm của quá trình lên men

- Về thực chất, biến đổi của cơ chất do tác động của các enzyme do vi sinhvật tạo ra Thế mà vi sinh vật thường không tạo ra một enzyme mà nhiềuenzyme khác nhau Do đó sản phẩm của quá trình lên men gồm nhiềuthành phần, bên cạnh thành phần chính, còn có một số thành phần phụ.Điều này làm cho mỗi một sản phẩm lên men sẽ có những nét đặc trưngkhác nhau, thí dụ hương vị đặc trưng của từng loại bia

- -Nếu trong dịch lên men có tồn tại nhiều pha, thí dụ như lỏng-khí, thì visinh vật thường hoạt động ở bề mặt giao tiếp giữa các pha Như vậy việclàm gia tăng diện tích tiếp xúc giữa các pha là một yêu cầu quan trọng.Thường thì pha lỏng là một dung dịch nước

- Nồng độ của cơ chất và sản phẩm trong thiết bị lên men thường khôngcao Một trong các lý do quan trọng là nồng độ cao của các chất này cóthể ức chế quá trình lên men (thí dụ hàm lượng đường cao hay rượu caođều ảnh hưởng xấu đến lên men rượu) Một lý do khác là nồng độ tối ưucủa cơ chất và sản phẩm cho sự hoạt động của vi sinh vật thường trongmột khoảng tương đối hẹp

- Vi sinh vật có thể điều chỉnh (trong một phạm vi nhất định) các tiến trìnhbên trong cơ thể mình để đáp ứng với môi trường bên ngoài Như vậy cho

ta thấy một mặt, quá trình lên men có tính khá linh hoạt có thể đáp ứngvới một số biến động của môi trường lên men, nhưng mặt khác, môitrường lên men có thể có những tác động đáng kể đến sản phẩm thu được.Nho trên cùng một thửa ruộng, thu hoạch trong hai năm khác nhau sẽ có

chất lượng vang khác nhau, ngay cả khi các điều kiện khác về lên menđều được giữ giống hệt nhau

- Các chủng vi sinh vật dùng trong công nghiệp lên men thường khá nhạycảm với môi trường (pH, nhiệt độ, lượng oxy,…) Do đó, việc duy trì môitrường và điều kiện lên men tối ưu là công việc rất quan trọng Hiện nayviệc duy trì này thường được thực hiện một cách tự động bởi các hệ thống

đo lường và điều khiển tiên tiến

- Sự thoái hóa của chủng giống vi sinh vật: sau khi hoạt động một thời gian,tính chất của vi sinh vật bị thay đổi theo chiều hướng xấu đi, năng suất vàchất lượng của sản phẩm bị giảm đi Nếu sử dụng các phương pháp lênmen liên tục thì thời gian hoạt động liên tục cũng bị hạn chế, không thểdài như nhiều ngành công nghiệp khác

1.2.3 Mục đích của quá trình lên men

- Chủng vi sinh vật dùng trong lên men phải có hoạt tính mạnh, ổn định.Thông thường đó là các vi sinh vật đã được tuyển chọn, thuần hóa, và cảibiến để phù hợp với điều kiện sản xuất

- Vi sinh vật cần được cung cấp đầy đủ các dưỡng chất cho sự sinh sản,phát triển và hoạt động Các dưỡng chất này gồm các nguồn cung cấpcarbon, nitơ, vitamin, khoáng cũng như các nguyên tố vi lượng khác

- Môi trường lên men cần được duy trì thường xuyên ở điều kiện tối ưu.Các thông số như nhiệt độ, áp suất, pH, lượng oxy phải được thườngxuyên theo dõi và khống chế ở giá trị tối ưu

- Cần phải có những biện pháp để có sự đồng nhất trong toàn bộ môitrường lên men Điều này đặc biệt quan trọng khi thùng lên men có kíchthước lớn, các thành phần của môi trường lên men có khối lượng riêngchênh lệch đáng kể

- Cần hạn chế sự nhiễm tạp đến mức thấp nhất Môi trường lên men, thùnglên men, các thiết bị phụ trợ, không khí cần được tiệt trùng một cáchnghiêm ngặt

 Bình nuôi cấy được chế tạo bằng vật liệu inox 304 hoặc 316, các mốihàn láng đều đảm bảo tiêu chuẩn sản xuất vắc xin, sinh phẩm

nóng

 Thiết bị điều khiển đo nhiệt độ, độ pH, hiển thị độ hòa tan oxy

 Thiết bị điều khiển đo nhiệt độ

 Vị trí lấy mẫu kiểm tra trong sản xuất: thuận tiện, dễ dàng và an toàn

sinh

thoát, nguồn nhiệt và nguồn nước làm mát vào ra hợp lý về vị trí cũngnhư thao tác

cầu sản xuất

được sử dụng sản xuất ở lô kế tiếp

1 động cơ

2 hộp giảm tốc

8 máy khuấy trộn tuabin

9 bộ trao đổi nhiệt kiểu ống xoắn

- Nguyên lý hoạt động:

Quá trình nuôi cấy các vi sinh vật phần lớn được tiến hành trong các điềukiện tiệt trùng Độ tiệt trùng của quá trình được đảm bảo bằng phươngpháp tiệt trùng thiết bị lên men, các đường ống dẫn, cảm biến dụng cụ;nạp môi trường dinh dưỡng tiệt trùng và giống cấy thuần chuẩn vào thiết

bị lên men đã được tiệt trùng; không khí tiệt trùng để thông gió canhtrường và chất khử bọt tiệt trùng; các dụng cụ cảm biến tiệt trùng trongthiết bị lên men để kiểm tra và điều chỉnh các thông số của quá trình; bảo

vệ vật đệm kín trục của bộ chuyển đảo, các đường ống công nghệ và phụtùng trong quá trình nuôi cấy

2.2 Lọc tiếp tuyến

- Lọc tiếp tuyến là lọc toàn bộ dịch lỏng đầu vào di chuyển vào cộtlọc/casette thông qua bơm áp lực ở đó các dịch có kích thước/trọng lượngphân tử nhỏ hơn sẽ đi tiếp tuyến qua bề mặt màng lọc để đi ra qua đườngdịch qua màng (gọi tắt là permeate), các chất có kích thước/trọng lượngphân tử lớn hơn cỡ lỗ màng lọc sẽ đi qua đường hồi (gọi là retentate) vàđược quay lại bình chứa hoặc bình thu ban đầu.

Công dụng:

- Lọc phân loại dịch nuôi cấy tế bào, dịch lên men

- Thu hoạch tế bào

- Cô đặc và tinh sạch các loại vắc xin

- Cô đặc/ thẩm tích các kháng thể đơn dòng, các protein tái tổ hợp, enzym, cácphân tử sinh học lớn, peptid

2.3 Bơm vuốt

- Bơm vuốt là một loại bơm chuyển chất lưu tích cực nhờ một ống mềm đàn hồi và chuyển quay tròn của con lăn bên ngoài giúp nén ống và tạo chênh áp để hút và xả chất bơm

- Nguyên lý hoạt động:

Bơm vuốt hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi thể tích của ống mềm để tạo một áp suất dương đủ để hút và xả chất bơm theo một lưu lượng nhất định tùy theo tần suất nén và mở của ống đàn hồi thông qua chuyển động quay tròn của rotor Do đó hầu hết các bơm nhu động là bơm có dạng vỏ máy hình tròn.

Một vòng bơm hoàn chỉnh sẽ bao gồm 3 chu kỳ liên tục sau:

 Chu kỳ hút: Khi con lăn số 1 tiếp xúc với ống thì ống bị nén và kịt lại.

Lúc này phần ống phía sau đàn hồi trở lại trạng thái ban đầu tạo ra áp suất chân không và hút chất bơm vào ống

 Chu kỳ chuyển: Khi con lăn số 2 chạm ống thì phần chất lưu được hút

vào và giữ lại trong phần ống giữa hai con lăn, sau đó quá trình quay

sẽ chuyển phần chất bơm này trong 1 bán chu kỳ quay

 Chu kỳ xả: Khi con lăn thứ nhất qua bán chu kỳ và không còn ép lên

ống đàn hồi nữa thì phần chất bơm bị giữ trong ống được xả ra ngoài bơm nhờ lực đẩy của con lăn số 2 (vẫn đang ép ống)

2.4 Hệ thống lọc nước RO

- Nguyên lý hoạt động:

Đầu tiên, nguồn nước sẽ được bơm vào một hệ thống xử lý Nó sẽ được

xử lý hết toàn bộ kim loại nặng để đưa đến hệ thống xử lý bằng than hoạttính, hệ thống làm mềm nước, hệ lọc bảo vệ Cuối cùng là nước sẽ được